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Verfahren und Vorrichtung zur fortlaufenden Herstellung von Glasröhrchen
oder Glasstäbchen mit von der runden Form abweichender, vorzugsweise polygonaler
Querschnittsbegrenzung In der Gablonzer Industrie werden sehr große Mengen von schwachen
Glasröhrchen verwendet, welche innen oder außen oder auch innen und außen Querschnittsbegrenzungen
besitzen, die von der üblichen Kreisform abweichen. Die meist verwendeten Querschnittsformen
sind außen sechseckig oder achteckig und innen rund, außen rund. und innen sechseckig
oder quadratisch und außen achteckig oder sechseckig und innen quadratisch. Dabei
ist der größte umschriebene Kreis der Querschnitte normalerweise von der Größenordnung
1,5 bis 3 mm, ausnahmsweise auch bis zu 6 mm. Auch Glasstäbchen mit von der Kreisform
abweichenden Querschnitten werden in großen Mengen in der Gablonzer Industrie gebraucht,
wobei für die äußere Kontur der Querschnitte dasselbe gilt, was oben für die äußeren
Konturen der Glasröhrchen gesagt wurde.
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Es sei gleich hier erwähnt, daß sich das Verfahren sowie die Vorrichtung
nach der Erfindung auch für Rohre und Stäbe von wesentlich größerem Durchinesser
eignen, als hier angegeben ist.
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Bisher war es nur möglich, diese schwachen Röhrchen und Stäbchen von
Hand aus zu ziehen, was sehr teuer kam. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist
nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zur vollautomatischen Herstellung solcher
Rohre und Stäbe, welche sich daher viel billiger stellen als früher. Auch ist die
Gleichmäßigkeit der maschinell erzeugten Ware weit besser als leim Ziehen von Hand
aus, weil im letzteren Falle immer ein sehr hoher Prozentsatz von zu schwachen oder
zu starken Profilen anfällt. der praktisch unverwendbar ist.
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Die Erfindung betrifft in erster Linie ein Verfahren zum Ziehen von
Glasröhrchen oder Glasstäben mit von der runden Form abweichender, vorzugsweise
polygonaler Querschnittsbegrenzung wenigstens einer der Glaskörperoberflächen, bei
welchem das Glas zwischen der Wandung einer im Boden eines Schmelzbehälters angeordneten
Düse und einem innerhalb dieser Düse angeordneten Dorn lotrecht nach unten ausfließt
und der entstehende Glasstrang in lotrechter Richtung weiter ausgezogen wird und
welches sich dadurch auszeichnet, daß der Glasstrang beim Düsenaustritt zuerst außen
und erst später, vorzugsweise nach einer Strecke gleich dem Düsenaustrittsdurchmesser
oder darüber, auch im Innern durch Zuführung von Kühlmitteln so stark gekühlt wird,
daß eine dünne Schicht von hoher Viskosität im Einwirkungsbereich des Kühlmittels
entsteht.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, daß der die Düse durchsetzende Dorn unterhalb
der Düse, vorzugsweise im Abstand von etwa dem Austrittsdurchmesser der Düse oder
weiter unten, endet, sowohl die Düse als auch der Dorn nahe ihrem unteren Ende gekühlt
sind und unterhalb der Düse ein den Dorn und den austretenden Glaskörper umgebender
Kühlmantel zum Beblasen des Glaskörpers vorgesehen ist.
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Will inan Glasröhrchen herstellen. wird zur Aufrechterhaltung der
Profilöffnung Kühlmittel aus dein Dorninneren in den Glaskörperhohiraurn geblasen.
Die äußere Kontur des Glasrohrquerschnittes wird dabei durch die Düse und die innere
Kontur durch den Dorn vorgebildet. Der vorgeformte Rohrquerschnitt wird dann durch
Ausziehen in einen viel kleineren, aber dem vorgeformten ähnlichen Endquerschnitt
des fertigen Röhrchens übergeführt.
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Es ist zwar das maschinelle Ziehen von Glasrolirstücken bereits bekannt,
wobei ein zvlindrischer Dorii in einen durch eine Düse ausfließenden ringförmigen
Glasstrom herabgesenkt und mit diesem abwärts bewegt wird. Dabei tritt durch das
Z@@ärmeaufnahmevermögen des Dornes wohl auch eine gewisse Kühlung ein, doch ist
eine gewisse Zeit oder die Anwendung eines eigenen Kühlraumes erforderlich. um das
Rohrstück aus Glas vorn Dorn trennen zu können.
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An sich ist auch die Anwendung von kühlenden'-Medien beim Ziehen von
Glasrohren oder -stäben schon vorgeschlagen worden. Ganz abgesehen davon, daß e`
sich bei diesen Systemen im wesentlichen um Produkte mit runden Profilbegrenzungen
handelt, wird
entweder mit gekühltem Dorn oder nur mittels einer
Düse gearbeitet. Im ersten Falle wird ein in dein die geschmolzene Glasmasse enthaltenden
Behälter versenkter Dorn vom Kühlmedium durchflossen, ins zweiten Falle Kühlluft
durch das Innere des entstehenden Glasrohres geblasen und das Ziehen in Meiden Fällen
von unten nach oben vorgenommen. Ia leuchtet ein, daß eine genaue Profilierung der
inneren und äußeren Oberfläche von Glasrohren bei diesen Methoden nicht möglich
ist.
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Nach einer Variante des Verfahrens mit Dornkühlung kann zwar oberhalb
des Spiegels der Glasschmelze eine Kühleinrichtung, z. B. eine gekühlte Düse, vorgesehen
sein.
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Es sind aber auch schon kontinuierliche Verfahren zum Ziehen von Glasrohren
nach unten au> einer in einem Behälter befindlichen Glasmasse unter @"erwendung
von Düse und Dorn beschrieben worden. Iil einem Falle endigt der gekühlte Dorn nur
knapp Unterhalll der nicht gekühlten Düse, im anderen Falle steht der gekühlte Dorn
höher als die Düse. unter welcher ein ringförmiger, von Kühlflüssigkeit durchströmter
Körper entweder in Kontakt mit der Düse und dabei deren formgebender Innenkontur
folgend oder in beliebig tieferer Stellung, also außer Kontakt. atigeordriet ist.
Dabei befindet sich im ersteren Falle am unteren Dornende eine Austrittsöffnung
für Kühlluft für den Hohlraum des entstehenden Glasrohrstranges.
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Diese und das vorher beschriebene Verfahren haben sich zur Herstellung
von für die Gablonzer Industrie dieiiendernfein,en Glasröhrcheiroder-stäbchen inNlassilfertigung
als ungeeignet erwiesen. Gerade für diese Ware wurde die erfindungsgemäße Aufeinanderfolge
der äußeren und inneren Kühlzone bei gleichzeitiger Führung des Glasstranges zwischen
Düse und Dorn als erforderlich gefunden, um die gewünschten Profile finit der entsprechenden
Präzision zu erhalten.
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Grundsätzlich ist übrigens auch schon die kontinuierliche Herstellung
von Glasrohren oder -stäbchen vorgeschlagen worden, die von der runden Querschnittsbegrenzung
abweichend profiliert sind. Doch weicht diese Herstellung erheblich von dem `erfahren
nach der Erfindung ab und ist wohl auch nicht geeignet, Gablonzer-Glasröhrchen in
großen Mengen und mit der nötigen Genauigkeit zu liefern.
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Es soll nun das erfindungsgemäße Verfahren und die hierfür benutzte
erfindungsgemäße @_orrichtung an Hand von Zeichnungen für ein Ausführungsbeispiel
näher beschrieben «-erden, und zwar insbesondere für Röhrchen, da die Erzeugung
von Stäbchen nur einen Sonderfall der Röhrchenerzeugung bildet. Aus den folgenden
Erläuterungen können weitere Merkmale der Erfindung entnommen werden.
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Fig. 1 zeigt eine Gesamtanordnung der erfindutig>-gemäßen Anordnung
samt Glasbehälter. Tragarmen und Kiihlmittelzuleitungen, teilweise im Schnitt, Fig.
2 einen Längsschnitt durch den Dorn und einen Teil des Trag- sowie Kiihlmittelzufiihrungsrohres
hierfür in vergrößerter Darstellung, die Fig. 3 bis 6 Schnitte längs der Linie 1I1-111.
IV-IV, V-V bzw. VI-VI in Fig. 2, Fig. 7 und 8 Längsschnitt durch sowie Drauf.icht
auf die Düse, gleichfalls im großen 'Maßstall.
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Fig.9 die Düse und Kühlanordnung iin 1_än"sschnitt und Fig. 10 den
Querschnitt einer beispielsweisen Röhrenausbi,ld-ung, vergrößert.
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In Fig. 1 erkennt man den Boden 1 des Glasbehälters, seine Seitenwände
2 und die Überdeckung 3. Im Behälter steht flüssiges Glas mit einer Oherfläche 4,
das durch eine mit der 1?rfiil(iutlg nicht direkt im Zusammenhang stehende und daher
sticht eingezeichnete Temperaturregelvorriclitutig auf genau gleichmäßiger Temperatur
gehalten wird. Ein Rohr 5 ist unten, wie :pä ter noch genau erläutert wird,
finit dein Dorn 7 verbunden. Sowohl das Rolir 5 als auch der Dorn 7 bestehen -aus
zunderfestetn Stahl. Eiil Schamottekörper 9 umschließt das Rohr 5. so daß es nicht
in Berührung mit dem flüssigen Glas kommen kann. Innerhalb des Dornes 7 und des
Rohres 5 1)efindet sich ein Röhrchen 6, durch welches dein Dorn Kühlluft zugeführt
wird. Der Dorn kann durch Ruf-oder Abwärtsbewegung des Tragarmes 10 je nach Erfordernis
gehoben oder gesenkt werden.
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Der Dorn 7 ist über einen Teil seiner Länge von einer im Boden 1 des
Behälters eingebauten Düse 11 aus zunderfestem Material (s. auch Fig. 7 und 9) umgeben.
Die Düse ist an ihrem unteren Ende mittels Kühlluft gekühlt, welche durch das Rohr
14 einem Kühlring 13 zugeführt wird. Vom Kühlring 13 wird die Luft durch eine große
Anzahl am Umfang gleichmäßig verteilter Kühlröhrchen 12 gegen (las untere Ende der
Düse 11 geblasen.
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Das aus der Düse 11 austretende Glas wird durch sanftes Ailblasen
mit Kühlluft aus einem Kühlzylinder 15 mit Mantel 16 weitergekühlt (s. auch Fig.
9). Die Luft tritt durch eine sehr große, gleichmäßig über die Zylinderinnenfläche
verteilte Anzahl von feinen Bohrungen 19 aus. Die Luftzufuhr erfolgt durch einen
flexiblen Schlauch und den Rohrstutzen 18. Die ganze Kühlvorrichtung läßt sich durch
Auf- oder Abwä rtsbewegung des Armes 17 (Fig. 1) entsprechend den Erfordernissen
des Betriebes liehen oder senken. Selbstverständlich sind Organe zur Regelung der
Iüihlmittelzufuhr und der hiililniitteltetnl>eratur Vorgesehen.
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Fig. ? zeit (len Dorn 7, der mit dein `Pragrohr 5 zweckmäßig durch
Verschraubung verbunden ist. Der Flansch 22 des Dornes dient als Stütze für den
Schamottekörper 9. Unten ist der Dorn durch ein Al)-schlußstück 8 aus zunderfestem
Material verschlossen. In einer Eindrehung dieses Abschlußstückchens zentriert sich
das Kühlrohr 6. Letzteres enthält in seinem unteren Teil eine größere Anzahl sehr
feiner Bohrungen 20, durch welche die Kühlluft in Strahlen austritt und gegen das
unterste Ende des Dorninneren prallt, wodurch der Dorn, je nachdem ob finit mehr
oder weniger Kühlluftdruck gearbeitet wird. einer stärkeren oder schwächeren Kühlung
unterliegt.
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Das Verschlufistiick 8 enthält mindestens eine, meist aber vier kleine
Bohrungen 21, durch welche eine ganz geringe 1_uftinenge in das Glasrohrinnere eintritt.
Will nian Stäbchen statt Röhrchen ziehen, so läßt inan diese Luftverbindung weg.
Dann bildet sich unterhalb des Verschlußstückes nach und nach ein Vakuum. durch
dessen Wirkung da. primär entstandene Rohr unterhalb (fies Dornes zu einem Stal>
zusaniinengezogen wird. Die innere Lederhaut ist dabei kein Hindernis für ein vollständiges
Verschmelzen zur Stabforin. Beim "Ziehen von Röhrchen sind aber diese Verbindungsöffnungen
21 unlledirigt notwendig. Fig. 6 -zeigt einen Querschnitt (\'1-V1) durch das '\,.'erchlußstück
8 mit in diesem Falle vier feinen @'erbindungslöchern 21.
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Fig. 3 zeigt einen Querschnitt (111-111) durch da. Tragrohr 5 und
das Kühlrohr 6.
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Fig. -l zeigt einen Schnitt (IV-W) durch die @-erschraubung von Dorn
und Tragrohr.
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Fig. 5 zeigt einen Schnitt (V-V) durch den Dorn, aus dem die erfindungsgemäße
Profilierung zu ersehen
ist, welche benötigt wird, um im fertigen
Rohr beispielsweise ein quadratisches Profil des Rohrinneren zu erhalten. Es ist
hierzu notwendig, die vier Seitenflächen des Dornes nicht eben, sondern, wie Fig.5
zeigt, mit eingezogen-bombierten (konkaven) Flächen herzustellen. Die maximale Tiefe
der Einwölbung, radial gemessen, beträgt nach einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ein Achtel bis ein Zehntel der Quadratseite, abhängig von der sogenannten
»Länge« des Glases. Durch die Kühlung des Dornes in der früher beschriebenen Weise
erreicht man die Bildung einer sogenannten »Lederhaut« des Glases, welche den Dorn
eng umschließt. Durch entsprechende Einstellung des Kühlluftdruckes im Rohr 6 erhält
man eine so kräftige Lederhaut, d. h. eine außerordentlich hohe Viskosität der Innenhaut
des Glasröhrchens, daß sich das vorgeformte Quadratprofil mit den eingezogenen Seiten
unter dem Einfluß der Oberflächenspannung nur mehr wenig ändern kann, und zwar gerade
nur so viel, daß ein richtiges Quadrat mit geraden Seiten entsteht.
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Fig. 7 und 8 zeigen die Düse 11 in lotrechtem bzw. waagerechtem Schnitt.
Es wurde hier angenommen, daß die äußere Kontur des fertigen Röhrchens ein regelmäßiges
Achteck sei. Dementsprechend sind die acht Seitenflächen der Düse so ausgebildet,
daß sie im Material vorgewölbt-bombiert (konvex) verlaufen. Auch hier hat sich eine
Vorwölbung von einem Achtel bis einem Zehntel im praktischen Betrieb als richtig
erwiesen. Damit sich im Unterteil der Düse die äußere Glasschicht schnell verfestigen
kann, d. h. eine sehr hohe Viskosität erhält, ist eine entsprechende Kühlung vorgesehen.
Sie erfolgt vorteilhaft durch Anblasen des untersten, mit einer ringförmigen Ausnehmung
11' versehenen Düsenteiles in der schon früher geschilderten Weise. Die vorgeformte
achteckige Außenkontur des Glasrohres mit gekrümmten Seiten wird dann durch die
Oberflächenspannung während des Ausziehens des Rohres gerade so weit geändert, daß
sie im fertigen Rohr fast genau die Form eines Achtecks mit geraden. Seiten annimmt.
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Fig.9 zeigt die drei erfindungsgemäßen Vorrichtungsteile: Dorn, Düse
und Kühlzylinder, in richtiger Lage zueinander. Durch Zusammenwirken dieser Teile
wird es möglich, sowohl der Außenkontur als auch der Innenkontur des gezogenen Röhrchens
jedes gewünschte Profil zu geben. Darüber hinaus wird durch die erfindungsgemäße
Anordnung von Düse und Dorn bzw. die örtlich aufeinanderfolgende Kühlung dieser
Teile eine bei den zu erzeugenden kleinen Querschnittsdimensionen sonst leicht eintretende
Verstopfung des Austrittsquerschnittes vermieden. Durch das Anblasen des zunächst
aus der Düse tretenden, dann etwas später auch noch den Dorn verlassenden Glaskörpers
wird erreicht, daß die aus der Düse komtnende äußere Lederhaut während des Ausziehens
durch nachdringende Hitze aus den inneren Glasschichten nicht wieder erweicht werden
kann. Dadurch ändert sich die durch die gewählte Krümmung der Düsenseiten vorgeformte
Außenkontur bis zum völligen Erstarren gerade nur so viel, daß genau das gewünschte
Profil entsteht.
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Wie sich aus der Anordnung Fig.9 ergibt, erfolgt die Bildung der inneren
Lederhaut erst wesentlich später, da der Dorn viel tiefer als die Düse hinunterreicht
und nur in seinem untersten Teil gekühlt wird. Es kann erst dort die Bildung einer
richtigen Lederhaut erfolgen. Würde man nämlich Dornende und Düsenende in gleicher
Höhe ansetzen, so würde sich die innere Lederhaut auch schon im Düsenaustritt bilden,
und die beiden Häute würden dann die Düse, wenn auch nicht verstopfen, so doch für
das Glas sehr schwer passierbar machen. Versuche haben gelehrt, daß der Glasaustritt
in diesem Falle außerordentlich unregelmäßig wird und man praktisch auf diese Weise
überhaupt nicht arbeiten kann.
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Läßt man dagegen, wie aus den Zeichnungen zu ersehen ist, den Dorn
genügend weit über die Düse herausstehen, und zwar ungefähr so weit oder etwas weiter
als der innere untere Düsendurchmesser oder - bei polygonalem Düsenprofil - der
Durchmesser des umschriebenen Kreises des Polygons beträgt, so kann man an seinem
unteren Ende durch intensive Kühlung schnell eine sehr kräftige innere Lederhaut
erzeugen, die so dick ist, daß sie beim weiteren Ausziehen des Glases nach Verlassen
des Dornes nicht mehr aufweicht. Diese Wirkung wird dadurch unterstützt, daß zum
Zeitpunkt des Entstehens der inneren Lederhaut infolge des Kühleffektes des Zylinders
15 die ganze Glasmasse bereits ziemlich abgekühlt ist, daher auch nicht mehr sehr
viel Überhitze des Glasmasseinneren zur Verfügung steht, welche das Aufweichen besorgen
könnte.
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Fig.10 zeigt das Profil des fertigen Glasrohres, welches beispielsweise
außen durch ein regelmäßiges Achteck und innen durch ein Quadrat begrenzt ist. Selbstverständlich
läßt sich auch jedes andere gewünschte Profil auf die angegebene Weise herstellen.
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Um die für den Arbeitsvorgang am besten geeignete Wirkung des Abkühlens
zu erhalten, kann man sowohl die Temperatur als auch die Menge bzw. den Druck des
Kühlmittels regeln. Als Kühlmittel wird Luft oder ein anderes gegen Glas inertes
Gas verwendet.
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Das ständige Nachziehen bzw. Abziehen des Rohres durch einen besonderen
Fördermechanismus sowie das Abbiegen des fertigen Rohres in die Horizontale über
eine geheizte Rolle sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, weshalb von
einer näheren Beschreibung und zeichnerischen Darstellung dieser Teile Abstand genommen
wurde.